JDK1.8源码分析：ScheduledExecutorService和周期性任务停止执行的原因

概述

ScheduledExecutorService继承于ExecutorService，主要提供任务的延迟和周期性执行的功能。其主要提供了schedule，scheduleAtFixedRate，scheduleWithFixedDelay三个方法，分别用于延迟执行任务，以特定频率周期性执行任务，以特定延迟周期性执行任务。

public interface ScheduledExecutorService extends ExecutorService {

    // 延迟delay时间执行
    public ScheduledFuture<?> schedule(Runnable command,
                                       long delay, TimeUnit unit);
    
    public <V> ScheduledFuture<V> schedule(Callable<V> callable,
                                           long delay, TimeUnit unit);
    // 固定频率周期性执行
    public ScheduledFuture<?> scheduleAtFixedRate(Runnable command,
                                                  long initialDelay,
                                                  long period,
                                                  TimeUnit unit);
    // 固定延迟周期性执行
    public ScheduledFuture<?> scheduleWithFixedDelay(Runnable command,
                                                     long initialDelay,
                                                     long delay,
                                                     TimeUnit unit);

}

schedule：延迟delay时间执行一次；
scheduleAtFixedRate：以给定的频率周期性执行，分别为initialDelay，initialDelay+period，initialDelay+2period，…，如果出现越界，如initialDelay+period时线程执行时间过长，超过了initialDelay+2period，则下一次从initialDelay+3*period开始执行，不会出现重叠问题，即遵循happen-before原则。如果线程池存在多个线程，则每次执行可能在不同的线程当中。周期性执行的command如果在执行期间抛了异常而没有捕获，则之后不会继续执行该command，即不会再周期性执行了，scheduleWithFixedDelay也是一样；
scheduleWithFixedDelay：每次执行相隔delay时间，即第一次延迟initialDelay执行，执行完之后等待delay时间后执行第二次，依次类推，跟每次执行的时间无关。

周期性任务停止执行的原因

scheduleAtFixedRate和scheduleWithFixedDelay在执行周期性任务过程当中，如果任务自身抛了异常而没有捕获，则会导致scheduleAtFixedRate和scheduleWithFixedDelay不会继续周期性执行该任务了，即该任务停止执行。实现原理如下：

ScheduledThreadPoolExecutor内部定义了一个内部类ScheduledFutureTask，ScheduledFutureTask继承于FutureTask，由该内部类来对任务进行封装，提供周期性执行的功能。
```
private class ScheduledFutureTask<V>
        extends FutureTask<V> implements RunnableScheduledFuture<V> {
        ...
}
```

ScheduledFutureTask的run方法实现如下：主要在runAndReset方法中执行该周期性任务，如果执行成功返回true，则调用setNextRunTime设置下次执行时间；如果该方法返回false，则不再调用setNextRunTime设置下次执行时间，故该周期性任务停止执行。

public void run() {
    boolean periodic = isPeriodic();
    if (!canRunInCurrentRunState(periodic))
        cancel(false);
    else if (!periodic)
        ScheduledFutureTask.super.run();
    // 周期性任务执行，返回true则说明此次执行成功，
    // 则调用setNextRunTime设置下次执行时间，
    // 否则不再设置下次执行时间，故不再执行
    else if (ScheduledFutureTask.super.runAndReset()) {
        setNextRunTime();
        reExecutePeriodic(outerTask);
    }
}

runAndReset的实现：执行任务，在成功执行时，则ran为true，state的值还是NEW，故方法返回值为true。但是如果在执行过程中，即c.call()调用时，出现了异常，则ran设置为false，并在catch块中通过setExeception处理。在setException中将state更新为了EXCEPTIONAL，同时唤醒等待该任务结果的线程，则最终的ran && s == NEW为false，导致runAndReset方法返回false，由上面run的分析可知，该周期任务不再执行。

protected boolean runAndReset() {
    if (state != NEW ||
        !UNSAFE.compareAndSwapObject(this, runnerOffset,
                                     null, Thread.currentThread()))
        return false;
    boolean ran = false;
    int s = state;
    try {
        Callable<V> c = callable;
        if (c != null && s == NEW) {
            try {
                // 执行任务
                c.call(); // don't set result
                ran = true;
            } catch (Throwable ex) {
                setException(ex);
            }
        }
    } finally {
        // runner must be non-null until state is settled to
        // prevent concurrent calls to run()
        runner = null;
        // state must be re-read after nulling runner to prevent
        // leaked interrupts
        
        // 重置任务状态，如果抛了异常，则
        // 在setException中已经将state更新为了EXCEPTIONAL
        s = state;
        if (s >= INTERRUPTING)
            handlePossibleCancellationInterrupt(s);
    }
    return ran && s == NEW;
}

setException方法的定义如下：将state更新为EXCEPTIONAL，以便阻塞等待该任务执行结果的线程知道发生了异常，同时调用finishCompletion唤醒这些等待线程。

/**
 * Causes this future to report an {@link ExecutionException}
 * with the given throwable as its cause, unless this future has
 * already been set or has been cancelled.
 *
 * <p>This method is invoked internally by the {@link #run} method
 * upon failure of the computation.
 *
 * @param t the cause of failure
 */
protected void setException(Throwable t) {
    if (UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW, COMPLETING)) {
        outcome = t;
        
        // 将state更新为EXCEPTIONAL
        UNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, EXCEPTIONAL); // final state
        
        // 唤醒阻塞等待该任务执行结果的线程
        finishCompletion();
    }
}

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